塔里木河流域信息化資源整合實踐與成效

安 東，宋 倍，吳寶國

(黃河水利委員會信息中心，河南 鄭州 450003)

信息技術(shù)與水利行業(yè)的深度融合，有力地促進了傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的轉(zhuǎn)變[1]。水利信息化在積極推進的同時，受項目投資來源、建設(shè)管理差異和運行維護分散等制約，嚴重影響了水利信息化整體效益的發(fā)揮。隨著對水利信息化認識的不斷提高，以及水利應(yīng)用的不斷深入，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、信息共享和應(yīng)用協(xié)同的需求越來越突出[2-3]。為更好地適應(yīng)新時期新形勢下水利現(xiàn)代化事業(yè)推進的需要，2015年3月水利部印發(fā)了《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計》，提出推進水利信息化資源整合共享，優(yōu)化資源配置，提升投資效益，強化履職能力，是促進水利事業(yè)又好又快發(fā)展的重要手段。隨后，各級水行政主管部門在《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計》的整體要求下開展信息化資源整合共享工作。

本文依據(jù)《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計》要求，結(jié)合塔里木河流域管理與信息化現(xiàn)狀，開展了以流域水資源管理為核心的數(shù)據(jù)資源整合共享、應(yīng)用資源整合共享和信息化標準體系建設(shè)，實現(xiàn)“總量控制、協(xié)同管理，一級部署、多級應(yīng)用”的流域資源整合共享目標。

1 研究背景

塔里木河是我國第一大內(nèi)陸河，流域總面積102萬km2。塔里木河流域管理局及下屬“四源一干”源干流管理局(巴音郭楞管理局、阿克蘇管理局、喀什管理局、和田管理局和干流管理局)從2000年逐步開展信息化系統(tǒng)建設(shè)，在一定程度上提高了業(yè)務(wù)管理的信息化水平。塔里木河流域水資源管理體系經(jīng)歷了以區(qū)域管理為主到區(qū)域服從流域管理的變革[4]。受管理方式、投資力度、技術(shù)水平等因素的限制，流域內(nèi)已建各類信息化系統(tǒng)普遍存在資源分散、條塊分割、標準各異、重復建設(shè)、開發(fā)利用率低、無法共享共用等問題，不能滿足流域水資源統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度、總量控制的業(yè)務(wù)需要[5-8]，亟須進行信息化資源整合。

2015年2月，新疆塔里木河流域水資源管理信息化整合項目(一期)(以下簡稱“塔河整合項目”)開始建設(shè)，2016年12月上線運行，2018年2月合同完工驗收。通過流域標準體系建設(shè)、數(shù)據(jù)資源整合、應(yīng)用資源整合，基于塔里木河流域管理局云平臺，建成塔里木河流域一個庫、一張圖和服務(wù)于全流域統(tǒng)一管理調(diào)度的塔里木河流域管理局綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺；整合已建及新建水情監(jiān)測站537個，其中自動監(jiān)測站366個，完善并建成全流域統(tǒng)一標準的水情信息采集、傳輸、交換體系，實現(xiàn)塔里木河流域“四源一干”90%用水總量控制和“四源一干”85%取水量自動監(jiān)測的目標；梳理繪制“四源一干”干支渠拓撲關(guān)系，建立了全流域各級管理單位、用水單位、取退水口、取水工程、渠道上下級之間的對象關(guān)系模型，優(yōu)化、規(guī)范、創(chuàng)新業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)水資源管理、水量調(diào)度、防汛預(yù)警、工程管理、生態(tài)監(jiān)測、遙感監(jiān)測和移動信息服務(wù)等多級協(xié)同應(yīng)用；新建和擴建已有網(wǎng)絡(luò)體系，建立網(wǎng)絡(luò)安全管理和防護體系。項目實現(xiàn)了“總量控制、協(xié)同管理，一級部署、多級應(yīng)用”的資源整合共享目標。

2 現(xiàn)狀及問題分析

塔里木河流域信息化經(jīng)過近20年的建設(shè)發(fā)展，尤其是通過塔里木河流域近期綜合治理項目的實施，塔里木河流域管理局建設(shè)了一批水利信息化系統(tǒng)工程。

a.信息采集建設(shè)。建設(shè)全流域水情自動測報系統(tǒng)，覆蓋塔里木河流“四源一干”1個流域中心、5個水情分中心，共366個水情遙測站。

b.基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。初步建成依托國家公網(wǎng)、覆蓋“四源一干”的計算機廣域網(wǎng)；建立了會商決策實體環(huán)境；建成塔里木河流域管理局云平臺，可為塔里木河流域信息化系統(tǒng)提供統(tǒng)一的軟硬件基礎(chǔ)平臺和統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺。

c.應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)。塔里木河流域管理局應(yīng)用系統(tǒng)涵蓋水量調(diào)度管理系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)、地下水與遙感相結(jié)合的干流生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、上聯(lián)新疆維吾爾自治區(qū)水利廳下聯(lián)源干流管理局的視頻會議異地會商系統(tǒng)、塔河網(wǎng)和辦公自動化等多方面業(yè)務(wù)領(lǐng)域。源干流管理局也分別建設(shè)了各自的水情測報系統(tǒng)、遠程監(jiān)控系統(tǒng)等。

隨著水利信息化的不斷發(fā)展和深入應(yīng)用，塔里木河流域信息化資源整合共享方面主要存在以下問題：

a.信息采集覆蓋范圍小、種類少、時效性差，達不到塔里木河流域管理局對全流域90%用水總量控制的目標。在補充建設(shè)信息采集的基礎(chǔ)上，需要整合源干流管理局自建的水情信息。

b.建設(shè)分散、缺乏全局的規(guī)劃、標準不統(tǒng)一，信息資源難以共享。隨著體制改革，各源干流管理局整合后，信息化系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)一標準的問題突顯，表現(xiàn)為系統(tǒng)建設(shè)參與廠家眾多、設(shè)備種類多、接口不統(tǒng)一，造成部分系統(tǒng)運行維護及升級困難，信息資源無法共享。

c.水量統(tǒng)計不精細，缺乏邏輯清晰的、能夠支撐流域用水量結(jié)算的渠系拓撲關(guān)系。水量調(diào)度不統(tǒng)一，缺乏明確的全流域各級管理單位、用水單位、取水口之間的邏輯關(guān)系。

d.缺乏支撐流域統(tǒng)一管理和塔里木河流域管理局、源干流管理局、管理站三級調(diào)度的自動化應(yīng)用系統(tǒng)，缺少業(yè)務(wù)協(xié)同應(yīng)用。

e.基礎(chǔ)設(shè)施和運行環(huán)境有待完善和統(tǒng)一管理。

f.信息化專業(yè)人才匱乏，運行維護力量不足，信息化建設(shè)無法發(fā)揮持續(xù)作用。

3 技術(shù)框架

3.1 框架構(gòu)建

塔河整合項目的總體框架和技術(shù)方案以水利部信息化資源整合共享總體思路為指導，符合“十三五”國家政務(wù)信息化工程建設(shè)規(guī)劃中“大平臺共享新設(shè)施”“大數(shù)據(jù)慧治新能力”“大系統(tǒng)共治新格局”的建設(shè)要求，切合《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計》的思路，具備向上兼容現(xiàn)階段水利部提出的智慧水利總體框架的條件[9-11]。

塔里木河流域?qū)儆谖鞅备珊档貐^(qū)，野外作業(yè)環(huán)境惡劣[12-13],流域面積大、河流長、渠系關(guān)系復雜等問題[14-15]加大了信息采集建設(shè)和運維的難度；流域管理單位層級深、涉及單位多、信息化建設(shè)早等問題加大了資源整合共享的難度；系統(tǒng)用戶層級多、用戶對信息化的接受度普遍較低，對信息化平臺的易用、實用性提出了更高要求。

結(jié)合塔里木河流域水利信息化的全局發(fā)展需求，塔河整合項目覆蓋數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、存儲、應(yīng)用、決策輔助等各個環(huán)節(jié)，總體框架(圖1)的基本組成包括信息采集層、通信網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐平臺層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

圖1 塔里木河流域水資源管理信息化整合總體框架

a.信息采集。通過建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約、統(tǒng)一的測站編碼規(guī)定、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸通道，實現(xiàn)新建采集水情測站數(shù)據(jù)和源干流管理局自建項目采集數(shù)據(jù)的整合共享。

b.通信網(wǎng)絡(luò)。對塔里木河流域管理局及源干流管理局現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行升級改造，建立全流域統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺，擴建現(xiàn)有通信傳輸系統(tǒng)，建立全流域統(tǒng)一的通信傳輸系統(tǒng)。

c.數(shù)據(jù)資源。建設(shè)涵蓋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、各專業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫共17類子庫的“一個庫”，為數(shù)據(jù)資源提供合理集中的存儲空間，并充分整合已有歷史數(shù)據(jù)資源。建設(shè)范圍覆蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局的數(shù)據(jù)資源管理平臺，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)資源的存儲、管理與數(shù)據(jù)交換服務(wù)。

d.應(yīng)用支撐平臺。按照集中部署，分級應(yīng)用的原則，充分利用已有硬件基礎(chǔ)平臺，根據(jù)塔河整合項目的運行需要進行補充完善。新建覆蓋塔里木河流域管理局、源干流管理局的應(yīng)用支撐軟件平臺。

e.業(yè)務(wù)應(yīng)用。新建覆蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局的一體化的應(yīng)用系統(tǒng)，并對原有業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進行完善整合，實現(xiàn)水資源管理、水量調(diào)度、防汛預(yù)警、工程管理、生態(tài)監(jiān)測、遙感監(jiān)測和移動信息服務(wù)等多級協(xié)同應(yīng)用。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

塔河整合項目共享關(guān)鍵技術(shù)包括一張渠系拓撲圖、一套業(yè)務(wù)關(guān)系表、一套業(yè)務(wù)流程和一套信息化規(guī)約。

a.一張渠系拓撲圖。繪制塔里木河流域“四源一干”渠系拓撲結(jié)構(gòu)圖[16]，理清塔里木河流域用水總量監(jiān)控管理對象的業(yè)務(wù)關(guān)系，有效推進流域水資源精細化管理，為覆蓋流域水資源全過程監(jiān)測、監(jiān)督與分析提供有效支撐。渠系拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 塔里木河流域渠系拓撲結(jié)構(gòu)

b.一套業(yè)務(wù)關(guān)系表。梳理三級水管單位與其管理對象的業(yè)務(wù)關(guān)系，建立塔里木河流域管理局、源干流管理局、管理站、取用水口、用水單位、縣(團場)、地州(師)之間的邏輯關(guān)系。建立“四源一干”渠系監(jiān)測點拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)系表、“四源一干”用水單位對應(yīng)取退水口關(guān)系表、“四源一干”河損計算河段對應(yīng)取退水口關(guān)系表、“四源一干”引調(diào)水工程對應(yīng)監(jiān)測站關(guān)系表等，實現(xiàn)對塔里木河流域水資源管理業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)支撐。

c.一套業(yè)務(wù)流程。實現(xiàn)水資源管理與水量調(diào)度業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的規(guī)范管理。梳理了一套詳盡的、標準的、貼合塔里木河流域?qū)嶋H的水資源管理業(yè)務(wù)處理流程，涵蓋自動采集水情數(shù)據(jù)處理、水位-流量關(guān)系曲線率定、自動采集水情、水量計算、年度水量分配方案和月調(diào)度方案編制、斷面考核河損計算、水費計算等功能。將用水計劃、配水方案、取水數(shù)據(jù)采集及校驗、取用水考核、水費征收等流程有機結(jié)合，形成一套完整覆蓋塔里木河流域管理局水量調(diào)度管理的業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)塔里木河流域管理局水量調(diào)度的業(yè)務(wù)應(yīng)用，在實際生產(chǎn)工作中產(chǎn)生了很好的應(yīng)用效果。塔河整合項目核心業(yè)務(wù)功能設(shè)計流程總圖如圖3所示，圖4、圖5展示了部分業(yè)務(wù)功能設(shè)計流程。

圖5 逐月斷面考核計算流程

d.一套信息化規(guī)約。建立塔里木河流域信息采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲的信息化標準規(guī)約體系，包括信息采集編碼及傳輸規(guī)約、17類監(jiān)控對象代碼編制規(guī)約。統(tǒng)一水資源監(jiān)測對象名稱及對象編碼，建立唯一的身份標識。

4 建設(shè)成果

塔河整合項目共享應(yīng)用實踐成果包括一張網(wǎng)、一個庫、一張圖、一個門戶、一套業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

a.一張網(wǎng)。建立全流域統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺，擴建源干流管理局現(xiàn)有通信傳輸系統(tǒng)，建立全流域統(tǒng)一的通信傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)從現(xiàn)地站到管理站、源干流管理局、塔里木河流域管理局的互聯(lián)互通，為全流域信息互聯(lián)互通和資源共享建立了基礎(chǔ)。

b.一個庫。實現(xiàn)多級管理單位、跨部門多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的整合與共享。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺、數(shù)據(jù)交換平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺等多種方式及統(tǒng)一的信息化規(guī)約，將多數(shù)據(jù)源、不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)有機融合，建立數(shù)據(jù)資源整合與共享機制，實現(xiàn)塔里木河流域已建信息化系統(tǒng)和新建信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)與新疆維吾爾自治區(qū)水利廳等其他單位的數(shù)據(jù)資源共享。

c.一張圖。整合塔里木河流域30余類水利對象圖層和遙感影像，實現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息的整理入庫，發(fā)布多業(yè)務(wù)專題地理信息服務(wù)，為流域綜合管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供空間信息支撐以及統(tǒng)一的流域一張圖服務(wù)，保證地理信息的一致性和權(quán)威性。塔里木河流域水利一張圖如圖6所示。

圖6 塔里木河流域水利一張圖

d.一個門戶。實現(xiàn)涵蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局和灌區(qū)用水單位的多元一體化權(quán)限管理。建立統(tǒng)一的用戶管理及身份認證機制，實現(xiàn)水管單位與灌區(qū)用水單位等跨單位、跨部門的權(quán)限管理，桌面端與移動端跨平臺權(quán)限統(tǒng)一管理，功能使用權(quán)限、地圖信息訪問權(quán)限、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)與應(yīng)用權(quán)限的獨立管理。圖7為塔里木河流域管理局綜合門戶首頁。

圖7 綜合門戶首頁

e.一套業(yè)務(wù)系統(tǒng)。建立有效的數(shù)據(jù)采集、率定體系，為業(yè)務(wù)的順利開展奠定了堅實的基礎(chǔ)，通過多種手段解決數(shù)據(jù)采集“最后一公里”的完整、穩(wěn)定、可靠問題。建立滿足塔里木河流域三級水量調(diào)度、服務(wù)不同管理層級的完整業(yè)務(wù)處理體系，統(tǒng)一水資源調(diào)配和用水量統(tǒng)計與結(jié)算。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋水情監(jiān)測、水量調(diào)度、工程管理、運維管理、水政管理、防汛預(yù)警以及移動App等方面，為水管單位和灌區(qū)用水單位提供有效的應(yīng)用支撐。圖8為塔里木河流域管理局綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能導航頁面。

圖8 綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能導航頁面

5 實踐成效

a.塔河整合項目建設(shè)提升了塔里木河流域水資源統(tǒng)一管理的能力和水平，通過信息化手段實現(xiàn)水量日清月結(jié)，有效解決了水量測不準、水賬算不清的問題，實現(xiàn)了塔里木河流域“四源一干”90%用水總量控制和“四源一干”85%取水量自動監(jiān)測的目標；提高了水量調(diào)度與計量精度，可逐步實現(xiàn)流域精細化調(diào)度。

b.通過塔河整合項目的建設(shè)，塔里木河流域管理局改變了傳統(tǒng)的水量調(diào)度管理方式，建立了塔里木河流域“四源一干”水量統(tǒng)一調(diào)度管理機制，首次實現(xiàn)了塔里木河流域“四源一干”水量調(diào)度全過程的信息化管理，提高了塔里木河流域管理局、源干流管理局、管理站三級調(diào)度及與灌區(qū)用水單位之間的業(yè)務(wù)協(xié)同及工作效率。

c.實現(xiàn)了涵蓋塔里木河流域管理局及源干流管理局和灌區(qū)用水單位的多元一體化權(quán)限管理。建立統(tǒng)一的用戶管理及身份認證機制，實現(xiàn)了水管單位與灌區(qū)用水單位等跨單位、跨部門的權(quán)限管理，桌面端與移動端跨平臺權(quán)限的統(tǒng)一管理，功能使用、地圖信息訪問、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)生產(chǎn)與應(yīng)用等權(quán)限的獨立管理。

d.實現(xiàn)跨層級、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源的管理、整合與共享。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺、數(shù)據(jù)交換平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺等多種方式及編制信息化規(guī)約，將多數(shù)據(jù)源、不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)有機融合，并建立了數(shù)據(jù)資源整合與共享機制，實現(xiàn)了塔里木河流域已建信息化系統(tǒng)和新建信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，并實現(xiàn)了與新疆維吾爾自治區(qū)水利廳等其他單位的數(shù)據(jù)資源共享。

e.塔河整合項目采用的資源整合與共享關(guān)鍵技術(shù)以及制定的信息化標準規(guī)約體系、流域河渠及測站標準名稱體系，統(tǒng)一了各類標準，解決了多管理層級、跨部門、多種技術(shù)、多數(shù)據(jù)源之間的整合共享難題，可為流域后續(xù)資源整合工作提供保障。

6 結(jié) 語

目前，塔里木河流域已經(jīng)具備比較良好的信息化基礎(chǔ)，經(jīng)過塔河整合項目近4年的運行，積累了豐富的歷史數(shù)據(jù)，各級管理單位對信息化系統(tǒng)的使用程度也逐漸加深，支撐基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用的系統(tǒng)功能都趨于穩(wěn)定。塔河整合項目信息化建設(shè)成果已初步具備了智能感知、網(wǎng)絡(luò)泛在、數(shù)據(jù)全面共享的智慧水利基礎(chǔ)，建成的一系列應(yīng)用已初具智慧應(yīng)用的雛形。今后應(yīng)繼續(xù)發(fā)揮流域信息化建設(shè)的良好基礎(chǔ)優(yōu)勢，將智慧水利技術(shù)手段和流域管理實際需求相融合，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)流域信息全面感知，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)掘數(shù)據(jù)價值，推進智慧流域建設(shè)，提高應(yīng)用系統(tǒng)的智慧化程度，從而實現(xiàn)塔里木河流域的智慧化管理。